Kỹ thuật bê tông và bê tông đặc biệt: Phần 2

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:112

Thêm vào BST

Báo xấu

135
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 Tài liệu Công nghệ bê tông và bê tông đặc biệt trình bày nội dung các chương: Cường độ của bê tông; biến dạng đàn hồi, co ngót và từ biến của bê tông; bê tông đặc biệt và các phương pháp sản xuất; công nghệ bê tông chất lượng cao; công nghệ bê tông tự đầm.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật bê tông và bê tông đặc biệt: Phần 2

Chương 6 C Ư Ờ N G Đ Ộ CỦA BÊ T Ô N G 6.1. C Ư Ờ N G Đ Ộ C H ỊU N ÉN CỦA BÊ TÔNG Cường độ chịu nén của bê tông là một trong những tính chất quan trọng nhất của bê tông, là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá châì lượng của bê tỏng mặc dù trong một số trường hợp thì độ bền và tính chống thấm còn quan trọng hơn. Có thể nói cường độ là bức tranh tổng quát về chất lượng của bê tông \’ì cường độ của bê tông liên quan trực tiếp đến cấu trúc của hồ xi m ăng đã đông cứng, cấu trúc của bê tông. Mặc dù cường độ không Irực tiếp đánh giá các tính chất khác như độ bền. độ ổn định... của bê tông, nhung cường độ phụ thuộc rất lớn vào tỷ lệ nước/xi măng Irong bê lông. M à tỷ lệ nước/xi mãng lại ánh hướng rất lớn đến độ bển, độ ốii định thô tích và nhiều tính chất khác liên quan đến độ rỗng của bê tông. Do đó cường dộ cliỊLi nén của bê tòng được sử dụng quy định, để điều khiển và đánh giá chất lượng bẽ tỏiií!. Cường độ chịu nén của bê tỏng biến đổi trong phạm vi rộng từ \ 5 - 300 MPa. Bĩ' lòng Iruyển Ihông có cường độ là 15 - 50 MPa. Bê tông chất lượng cao có cường độ từ 60 - 100 MPa. Bé tỏng cường độ rất cao có cường độ từ 100 - 300 M Pa (xem hình 6 . 1). 250 + B ẽ tổng thường I 200-ị- Bẽ tỏng cường đỏ rất cao (fc < 60 N/mm ) + B è tông cường dộ cao ■§ 1 5 0 -- (6 0 N /m m ^ < fc £o + B ê tông cường đô rất cao ể 100-- •õ Bẽ tông cường đổ cao o> (fc > 100 N/mm^) T h ự c t ẽ ' = 1 1 5 - 2 3 0 N/mm^ 50 -ị- Đè tòng thường Th í nghiệm : f < 600 Hlmtrĩ 1,0 Q,8 0.6 G.4 Õ.2 Tý lệ nước/ximăng Hỉnh 6.1. Phân ìoại hc íòỉìịỊ theo cườn^ (íộ Cường độ của bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: - Chất lượng và hàm lượng của các vật liệu thành phần. 123
- Mức độ thuỷ hoá của xi măng. - Thủ tục và thời gian nhào trộn hỗn hợp vật liệu. Các tính chất của các vật liệu thành phần ảnh hưởng đến cường độ bê tông là: - Chất lượng của cốt liệu nhỏ và cốt liệu lớn. - Hồ xi m ăng và tính dính bám của hồ xi m ăng với cốt liệu (tính chất của vùng chuyển tiếp). Những yếu tố này ảnh hướng đến cấu trúc vĩ m ô và vi m ô của bê tỏng, bao gồm: độ rỗng, kích thước và hình dạng lỗ rỗng, sự phân bố các lỗ rỗng, hình thái của sản phẩm thuỷ hoá và sự dính bám giữa các hạt rắn. Cường độ chịu nén của bê tông được xác định trên mẫu bê tông tiêu chuẩn, được bảo dưỡng 28 ngày trong điều kiện tiêu chuẩn. Theo tiêu chuẩn của V iệt Nam , m ẫu tiêu chuẩn để xác định cường độ bê tông là m ẫu hình hộp lập phương có cạnh 1 5 0 x l5 0 x l5 0 m m , bảo dưỡng trong điểu kiện t = 20-25"C, w = 90 - 100%. Theo ACI thì mẫu tiêu chuẩn để xác định cường độ bê tông là mẫu hình trụ tròn có kích thước; d = 6 in và h = 12 in (~150x300m m ), và được bảo dưỡng ẩm. Cường độ chịu nén của bê tông thường từ 15-50 MPa chất lượng cao hiện nay đã sử dụng từ 42M Pa (6000 psi) đến 138 M Pa (20'000 psi) và thường dùng bê tông có cường độ khoảng 84 MPa. Theo lý thuyết bê tông chất lượng cao có ihể có cường độ nén tuổi 28 ngày từ 110-300 MPa. 6.2. C Á C Y ẾU T Ố Ả N H H Ư Ở N G Đ Ế N C Ư Ờ N G Đ Ộ C Ủ A B Ê T Ô N G XI M Ả N G 6.2.1. T ỷ lệ nước/xi m ăn g Với bê tông đã đầm chật hoàn toàn, cường độ của nó được lấy tỉ lộ nghịch với tỉ tệ N/X. Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào tỷ lệ N/X thực chất là phụ thuộc vào thê’ tích lỗ rỗng tạo ra do nước dư thừa. M ối quan hộ này đã được đật ra bởi quy tắc do D uff A bram s thiết lập vào nãm 1919. ô n g ta đã tìm ra cường độ chịu nén theo công thức sau: f,.= c tt W/C ’ trong đó: w /c - tỉ lệ nước/xi m ãng của hỗn hợp (thường được tính theo thể tích); K j, K 2- hằng sô' thực nghiệm . Dạng tổng quát của đường cong thể hiện mối quan hệ giữa cường độ và tỉ lệ N/X được đưa ra trong hình 6 .2 . 124
Quy tắc A bram s, mặc dù được thành lập một cách độc lập nhưng vẫn tương tự như một quy tắc chung do Rene Feret thiết lập năm 1896 ở chỗ chúng đều gắn cường độ của bê tông với thể tích nước và xi măng. Công thức của quy tắc Feret là: c+w +a trong đó: cường độ của bê tông; Hình 6.2. Quan hệ giữa citòniỊ (ỉộ hê tông c, w, a- lần lượt là thể tích tuyệt đối của xi m ãng, nước và không khí; với tỷ lệ nướcLxi măng K- hằng số. Có Ihể nói m ột cách khác là tỉ lệ N/X xác định được độ rỗng của xi măng đông cứng tại các thời điếm của quá trình hydrat hoá. Do cló cả ti lệ N/X và độ đầm chặt đều ảnh hướng đến thể lích lỗ rỗng trong bê tông, và điều này giải thích vì sao có thể tích không k hí trong bê tông ở cóng thức Feret. Hình 6.2. thể hiện phạm vi giá trị của tỉ lệ N/X là có hạn chế. Tại giá trị rất thấp của tỉ lệ N/X thì đường cong không liên tục và khôiìịỊ xảy ĩẳ hiện tượiig đầm chặt tuyệt đối. VỊ trí thực tế của điểm khởi đầu phụ thuộc vào c.ích thức đầm hợp lý. Dường như là hỗn hỢp có thành phần bao gồm tỉ lệ N/X ihấp còn xi măng nhiều (khoảng 530 kg/m ’) thì biếu hiện sự giảm dần của cuờng độ khi dùng côì liệu hạt lớn. Do đó, ở những tuổi m uộn hơn của các loại hỗn hợp này thì một tỉ lệ N/X thấp hơn sẽ không dẫn đến chất lượng cao hơn. Biểu hiện này có thể là do ứng suất gây ra bởi sự co ngót m à sự cản trở của nó bởi các hạt cốt liệu gây ra nứt trong vữa xi mãng hoặc là do sự hao hụt của bột xi măng. Mặc dù, quy tắc về tỉ lệ N/X đã bị phê phán là không phải là m ột nguyên tắc trực tiếp thích đáng, nhưng trong thực tế thì tỉ lộ N/X là một yếu tố quan trọng nhất đối với cường độ của bê tông đầm chặt hoàn toàn. Gilkey đã phát biếu như sau: “Với một loại xi măng nhất định và cốt liệu hợp lý, một hỗn hợp làm việc của xi m ăng, cốt liệu và nước (với các điều kiện nhào trộn, đổ và kiểm tra như nhau) có thể phát triển cường độ được thì chịu ảnh hường của các yếu tố sau: a) Tỉ lộ nước/xi mãng. b) Tí lệ xi m ăng/cốt liệu. c) CưòTig độ, đặc tính bề mặt, hình dạns. cường độ và độ cứng của hạt cốt liệu. d) Kích thước lớn nhất của hạt cốt liệu. Ta có thể coi yếu tố (b) và (d) là không quan trọng bằng yếu tố (a) khi sử dụng cốt liệu có kích thước lớn nhất khoảng 40 mm. Tuy nhiên, các yếu tố này vẫn dược nêu ra 125
vì: như W alker và Bloem đã chỉ ra là “cường độ của bê tông là kết quả của: cường độ của vữa; sự dính kết giữa vữa và các hạt cốt liệu; cường độ của hạt cốt liệu, thể hiện bằng khả năng chống lại các ứng suất tác dụng lên nó” . Các tác giả Belaiep A lekxande, Ivanop, K akiraki đề nghị quan hệ cường độ và tỷ lệ N/X theo qua hệ Hypebol, để xác định quan hệ giữa cường độ nén và tỷ lệ X/N từ 1,2 H- 2,5 và tỷ lệ X/N = 0,8 - 2,8. N hư vậy trong giai đoạn đầu các tác giả chỉ nghiên cứu đến tỷ lệ N /X từ 1,8 đến 2,5. Khi tỷ lệ N /X < 2,5 tác giả Bolom ây đã có những công bố công thức: trong đó: R(, - cường độ bê tông; A - hệ số thực nghiệm xét đến chất lượng cốt liệu; - cường độ xi măng. K hi xét X/N > 2,5 Skrataev (Nga) công bô' công thức: rx + 0,5 N trong đó: Aj - hệ số ihực nghiệm . Tỷ lệ X/N có thể biến đổi từ 1h- 6 . Khi tỷ lệ X/N = 2,6 hay tỷ lệ N /X = 0,38 là tỷ lệ quá trình thuỷ hoá xi m ãng đạt tối đa đến 100%. Khi tỷ lệ X/N > 2,6 cưcmg độ bê tông vẫn tăng nhưng không theo quy luật cũ mà tốc độ tăng chậm hcfn. Nếu không sử dụng các công nghệ trộn đặc biệt, sử dụng phụ gia tăng dẻo để kích thích quá trình thuỷ hoá hoặc sử dụng các chất khoáng siêu m ịn để chống vón cục hạt xi m ăng và giảm nhiệt độ của bê tông thì tuy cường độ được tăng lên nhưng chất lượng của bê tông sẽ giảm xuống. Tỷ lệ X/N > 2,6 được áp dụng trong bê tông chất lượng H ình 6.3. Quan hệ giữa cường cíộ tương đối cao hoặc cưòfng độ rất cao. yà tỷ lệ N/X 126
K hi tỷ lệ N /X biến đổi từ 0,4 ^ 1,5 cường độ bê tông giảm từ 100% đến còn khoảng 10% (xem hình 6.3). Trong thực tế nếu tỷ lệ N /X là cố định nhưng lượng nước để pha trộn tâng lên bê tông ít bị thay đổi cường độ, nhưng độ dẻo và tính dễ đổ có phần thay đổi. Lượng nước trong hỗn hợp bê tông phụ thuộc vào kích cỡ của cốt liệu và tính dễ đổ yêu cầu đã được nêu irong các tiêu chuẩn 6.2.2. T ỷ lệ g e l/k h o ả n g trố n g (gel/spacc ratio) Thông thường, cường độ tại bất cứ tỉ lệ N/X nào cũng phụ thuộc vào: mức độ hydrat hoá của xi m ãng và các tính chất hoá học, lý học của nó; nhiệt độ xẩy ra hydrat hoá; thành phần không k hí của bê tông; và cá sự thay đổi của tì lệ N/X hữu ích và sự hình thành vết nứt do m ất nước. Thành phần xi măng trong hỗn hợp và tính chất của m ật tiếp xúc giữa xi m ăng và cốt liệu cũng có liên quan. Do đó sẽ đúng hơn nếu ta coi cường độ liên quan tới sự tập trung của các chất cứng của quá trình hydrat hoá xi m ãng vào nhữna vị trí thích họp với chúng. Povvers đã xác định được m ối liên quan giữa sự phát triển cường độ và tỷ lệ G elíkhoảng trống. Tỉ số này được định nghĩa là tỉ số giữa thể tích của vữa xi măng đã hvdrat hoá với tổng thể tích của xi m ăng hydrat hoá và các m ao dẫn. Chúng ta biết rằng xi m ãng khi hydrat hoa sẽ chiếm thế tích gấp 2 lần thể tích thật của nó. Các sản phẩm của quá trinh hydiiìt hoá eủii Iml xi mãng sẽ chiếm khoảng 2,06 ml; mặc dù không phải tất cả đều tạo thành gel nhưng ta có thể coi xấp xỉ là như thế. Thế’ tích g e i là 2,06cV j,a, và tổng khõng gian cần thiết ch o gel là cv^a + Wq. D o đó, tỉ số gel/khoảng trống là: 2,06v^a Wo c trong đó: c- khối lượng xi m ãng; v^,- thể tích khối lượng thể tích đơn \ ị của xi măng; W q- thể tích của nước nhào trộn; a - hệ số tỷ lệ phần xi m ăng hydrat hoá. Lấy thể tích m ột đơn vị khối lượng đăc của xi măng khô là 0,319 m l/g thì tỉ số gel/khoảng trống trở thành: 0,6 5 7 a r= 127
120 Cường độ nén của bê tông thí nghiệm bởi Powers là 2 3 4 . M Pa (34000r^ psi). M ối quan hệ c N/lix A X lix B thực sự giữa cường độ nén của vữa và tỉ số 100 A ^ lixC gel/khoảng trống được thể hiện (hình 6.4.). Có thể thấy là cường độ gần như tỉ lệ với căn bậc 3 của tỉ 80 X sô' gel/ khoảng trống, và con sô' 234 M Pa (34000 .ro- X £ c psi) thể hiện cường độ đạt được khi tỷ lệ o i3 X ure 60 gel/khoảng trống = 1 với loại xi m ăng và loại mẫu £ X .3 đã sử dụng. 40 6.2.3. Ả n h h ư ở n g đ ộ rỗ n g o Các phần trước đã chỉ ra rằng cường độ của bê 20 tông về cơ bản là m ột hàm của thể tích lỗ rỗng có trong nó. Q uan hệ giữa cưòfng độ và tổng thể tích lỗ rỗng không phải là m ột đặc trưng duy nhất có ở 0,2 0.4 0,6 o.ỉ 1.0 bê tông mà nó cũng được tìm thấy trong các vật Tỷ lè gel/khoảng trống liệu dòn khác mà trong đó nước thoát khỏi phía sau Hình 6.4. Quan hệ giữa cường độ các lỗ rỗng: ví dụ, cường độ của nhựa cũng là một chịu nén cùa hồ XM với tỷ lệ hàm trực tiếp của thành phần lỗ rỗng. Hơn th ế nữa, gellkhoản^ trống nếu cường độ của rất nhiều loại vật liệu khác nhau được biểu diễn ở dạng phân sô' của lần lượt các cường độ đó tại độ rỗng bằng 0 , thì rất nhiều vật liệu sẽ tuân theo cùng m ột quan hệ giữa cường độ và độ rỗng. M ô hình chung này là nhằm để hiểu rõ vai trò của các lỗ rỗng đối với cường độ của bê tông và cũng chỉ ra rất rõ tại sao bê tông khi đầm chặt, tức là có độ rỗng rất nhỏ, lại có cường độ rất cao. N ói m ột cách chính xác, cường độ của bê tông bị ảnh hưởng bởi thể tích của tất cả các lỗ rỗng trong bê tông như: không khí bị lẫn vào (entrapped air), các lỗ m ao dẫn, các lỗ gel, và không bị hút vào (nếu có). Ả nh hưỏíng của thể tích lỗ rỗng đến cường độ có thể biểu diễn bằng hàm số sau: f c = f c ,o ( l- P ) " hoặc f, = f,.od" trong đó: p- độ rỗng, là tỷ sô' giữa thể tích của các lỗ rỗng và tổng thể tích của bê tông; cường độ của bê tông với độ rỗng p; 0' cường độ khi độ rỗng bằng 0 ; n- hệ số; d- độ đặc của bê tỏng. Tuy nhiên dạng chính xác của quan hệ này thì không thể xác định rõ ràng được. Những thí nghiệm làm đối với xi m ãng bị ép và xử lý nhiệt cũng như đối với hỗn hợp xi m ăng bình thường vẫn chưa cho ta biết rõ ràng liệu logarit của độ rỗng tỷ lệ tuyến tính 128
với cường độ hay với logarit của nó. Cườim dộ của hcíp chất xi m ăng càng cao thì nó càng tỷ lệ tuyến tính với độ rỗng. 800 Q uan hệ giữa cường độ và tỷ lệ phần trăm của độ rỗng được trình bày ở hình 6.5. trong điều kiện dưỡng hộ ở điều kiện nhiệt 500 \ độ cao. “ 400 ' \ Ảnh hưcmg của độ rỗng đến cường độ của hỗn hợp xi m ăng đã thuỷ hóa được 1 200 ngliiên cứu rất rộng rãi. Cần phải rất cẩn thận trong việc ch u y ển đổi các kết quà \ 2.5 5 7.5 10 25 50 75 100 quan sát những m ẫu hỗn hợp xi măng trong Độ rông theo % phòng ihí nghiệm sang thành các giá irị sử Hỉnh 6.5. Quan lìệ ịỊÌữa cường cíộ và độ rỗng dụng của bè tông, nhưng bic’t vể ảnh hưởng của độ rỗng đến cường độ của hỗn hợp xi mãng là rất có giá trị. K hông có nghi ngờ gì khi độ rỗng được clỊiili nghĩa là tống thể tích của toàn bộ thể tích các lỗ rỗng lớn hơn lỗ rỗng của gcl, thể hiện bằng phán trăm của toàn bộ thể tích của hỗn hợp xi m ăng đã thưỷ hoá, là một yếu tố cơ ban ảnh hưỏfiig đến cường độ của hỗn họp xi m ăng. M ột quan hệ tuyến tính giữa cường độ và độ rỗng, trong phạm vi từ khoáng 5 đến 28% , đ ã được thiết lập bời Rossler và Odler. Ảnh hưởng của các lỗ rỗng có đường kính nhỏ hơn 20 nin (nano mél) (lươc bỏ qua. Kết quả là ngoài tổng độ rỗng thì anh hưởng của sự phân bố kích cữ lỗ rổng đến cường độ cũng được xem xét. Nói chung, vỏi m ột độ rỗng cho trước thì các lỗ rỗng càng nhỏ sẽ dẫn tới cường độ của hỗn họp xi m ăng càng cao. Mặc dù đế thuận tiện thì kích cỡ của lỗ rồng được thể hiện thông qua đườiig kính của nó, nhưng không có nghĩa là tất cả các lỗ rỗng đcu có dạng hình trụ hay hình cầu: “đường k ín h ” thể hiện m ột hình cầu với cùng inột tỷ số giữa thể tích và diện tích bề m ặt như là tổng các lỗ rỗng. Chí có những lỗ rỗng vĩ lĩiô với đưừiig kính lớn hơn 100 nm thì inới xấp xỉ là hình cầu. Nhĩnig lỗ rỗng hình cầu bắt đầu hình thành từ những bọt khí còn sót lại hoặc từ việc sắp xếp không hoàn thiện của các hạt xi m ăng nhưng chúng không dễ dàng tìm thấy trong khi đo độ rỗng bởi vì chúng chỉ có ảnh hưởng đến những lỗ rỗng ngay sát cạnh chúng m à thôi. Sự phụ thuộc của cường độ của hỗn họp xi m ăng vào độ rỗng của nó và sự phân bố kích cỡ lỗ rỗng là có cơ sở. Các tài liệu nehiên cứu cho thấy thỉnh thoảng người ta cũng xem xét đến quan hệ giữa cường độ và thànli phần thạch cao trong xi m ăng, nhưng kết quả trên thực tế là thành phần thạch cao ánh hưởng đến quá trình thuỷ hoá của xi m ăng và sự phân bô' lỗ rỗng trong hỗn hợp xi mãng đã thuỷ hoá. Tuy nhiên vấn đề trở nên rất phức tạp bởi vì thực tế là rất nhiều phưưng pháp xác định độ rỗng khác nhau cùng cho kết quả như nhau. Lý do chính của vấn đé này chính là quá trình đo đạc độ rỗng, đặc 129
biệt là nếu bớt đi hay thêm nước vào, ảnh hưởng đến cấu trúc của hỗn hợp xi m ăng đã thuỷ hoá. Cook và H over đã nghiên cứu về tác dụng của việc đưa thêm thuỷ ngân vào nghiên cứu hệ thống lỗ rỗng của hỗn hợp xi m ăng. Phưoìig pháp này giả thiết rằng các lỗ rỗng rất nhỏ so với chiều sâu của nó, trong khi đó, trên thực tế m ột vài lỗ rỗng có m iệng rất hẹp; điều này làm sai đi các giá trị của độ rỗng đo được bằng dụng cụ đo độ rỗng có thuỷ ngân. N hư đã nói ở trên, hầu hết các nghiên cứu thực nghiệm vể độ rỗng của hỗn hợp xi m ăng thuỷ hoá đều được thể hiện trên những m ẫu của hỗn hợp này hoặc của vữa xi m ăng. Trong bê tông, đặc điểm các lỗ rỗng của xi m ăng thuỷ hoá có khác đôi chút do có ảnh hưởng của các hạt cốt liệu lớn trong hỗn hợp xi m ăng và nước đến những hạt xung quanh nó. W inslow và Liu đã chỉ ra rằng, với cùng m ột thành phần hỗn hợp và ở cùng mức độ thuỷ hoá, thì sự có m ặt của cốt liệu lófn dẫn đến sự tăng độ rỗng; thậm chí sự có m ặt của cốt liệu nhỏ cũng có ảnh hưỏfng đến tãng độ rỗng nhưng nhỏ hơn. Sự khác nhau về độ rỗng giữa bê tông và hỗn hợp xi m ăng với cùng m ột tỉ lệ N /X tâng tỉ lệ với quá trình thuỷ hoá và phát sinh do trong bê tông có sự tồn tại của nhiều lỗ rỗng lớn hcfn trong hỗn hợp xi mãng. 6.2.4. Ả n h h ư ở n g c ủ a c ố t liệu Trong bê tông tỷ lệ thể tích cốt liệu thường chiếm từ 50 H- 70% . Tỷ lệ thành phần cốt liệu, loại cốt liệu, cấp phối hạt, độ lớn của cốt liệu và đặc trưng bề m ặt của hạt cốt liệu có ảnh hưởng đến cường độ và cường độ chống nứt của bê tông. Cốt liệu lớn có cấp phối hạt hợp lý sẽ đảm bảo các hạt xắp xếp chặt chẽ, độ rỗng của bê tông nhỏ và như vậy cường độ bê tông cao. K ích thước lóTi nhất của cốt liệu cũng có ảnh hưởng khác nhau đến cường độ của bê tông. N ếu kích thước cốt liệu lớn thì diện tích bề m ặt riêng nhỏ sẽ tiết kiệm xi măng, cường độ chịu nén có thể tăng. 40 30 ■'S' c :í^ 'o) 20 p 'ầ ^ 0 á dăm grarlit A X Đ'ả dăm grarlitB o - 10 • ẽ'á dám cứn g n Đà trầm tích cứng c I o 0 Cuội quăczít - Đá trắm tích cứng D 10 20 30 40 50 60 70 Cường độ chịu nén - MPa Hình 6,6. Jonnes và Kaplan trình hày cỉnh hưỏn^ của loại cốĩ liệu đến cường độ chịu nén và chịu kéo hẻ tông 130
Cốt liệu có nguồn gốc là đá granit cho cường độ bê tông cao hơn khi cốt liệu là đá vôi hoặc đá trầm tích (hình 6 .6 .). Loại cốt liệu cũng có ảnh hưẻfng đến sự phát triển cường độ bê tông theo thời gian (hình 6.7). T rên biểu đ ồ hình 6.7 cho thấy cốt liệu từ đá vôi, đá biến chất cho kết quả phát triển cường độ bê tông cao hơn bê tống cốt liệu từ đá trầm tích và cuội sỏi. ^ Đ ả cuội q u ãc 2ít ■ Cuòi cứng • C á t kết hạt thỏ ^ Đ á kết ^ Đ á dăm grạnit 0 ả dăm quắczít ^ Đ á vói A O á cứng .ạ> V ua iram Iicn c T o- •o cn ễ c r 1 iỉ 3 7 28 90 365 Tuổi của hỗn hợp - ngày H inlỉ 6.7. Trìiìh bày sự phát triển cườỉiíỊ cỊộ (heo ỉlìí/ị i>ian và loại cốt liệu Cường độ nèn 7 ngày • M Pa T ỷ lệ % thể tích T ỷ lệ nưởc/xim ãng H ình 6.8. Quan lìệ giữa tỷ lệ cốí liệu/XM ở Hình 6.9. Quan hệ giữa cường độ chịu kéo tuổi 7 ngùy với cck' ĩỷ lệ N/X vâ tỷ lệ th ể tích cốt liệu Khi tỷ lệ thể tích cốt liệu trong bê tông biến đổi từ 40 80% thì cường độ bê tông chịu nén và chịu kéo đ ều tăng (hình 6.8 và 6.9 í. Bên cạnh thể tích thì hình dạng và kích cỡ của chúng cũng là những yếu tố quan trọng. H ình dáng của các hạt cốt liệu và mỏđun đàn hồi của chúng ảnh hưởng đến phân bố ứng suất và do đó ản h hưởng đến tập trung ứng suất trong bê tông. 131
Hạt cốt liệu càng lớn thì sự cản trở co ngót của xi m ãng càng lớn sẽ gây ra nội ứng suất trong hồ xi măng và tạo ra các vi vết nứt trong bê tông trước khi khai thác. Đ ây là m ột yếu tố nguy hiểm đối với bê tông chất lượng cao. Xu thế hiện nay là giảm dần đường kính lớn nhất của cốt liệu để tăng độ đồng nhất và khả năng chống nứt cho bê tông. Đ ặc trưng bề m ặt của cốt liệu ảnh hưởng đến lực liên kết giữa cốt liệu với đá xi măng. Bê tông dùng sỏi tròn trơn thì vết nứt xảy ra ở ứng suất thấp hofn so với dùng đá dăm có dạng hạt nhám ráp, góc cạnh vì sự liên kết cơ học chịu ảnh hưởng của tính chất bề m ặt và hình dạng hạt cốt liệu lớn. 6.2.5. Q uan hệ giữa cường độ và thời gian Tuỳ theo tỷ lệ N/X khác nhau, cường độ bê tông ở 1, 3, 7, 28 ngày cũng phát triển khác nhau (hình 6.10.). Tỷ lệ N/X Hình 6.10. Quan hệ ỵiữa cường độ tương đối giữa tỷ ìệ N/X và thời gian 100 s. 80 7 28 3 5 10 20 40 Ngày Năm Hình 6.11. Sự phát triển cườii^ độ theo thời íỊÌan Với tỷ lệ N/X thấp thì đạt được cường độ 3 ngày cao (cưòíng độ sớm). Với bê tông có tỷ lệ N/X = 0,4 ớ ngày thứ 3 có thể đạt được đến 0,7 R 28. ở tuổi 7 ngày có thể đạt đến 0,8 R 28. Khi sử dụng tỷ lệ N/X thấp đến 0,35 có thể đạt được R 3 > 0,85 R,ịị. 132
K h i tỷ lệ N/X từ 0,4; 0,53; 0,71 sự pliát triển cường độ xi m ăng từ 1 ngày, 40 ngày ở Châu Âu có thể tham khảo trên biểu đồ sau (hình 6.11). 6.3, C Ư Ờ N G ĐỘ C H ỊU K É O C ường độ chịu kéo của bê tông khống chế vết nứt và ảnh hưỏfng đến các tính chất khác của bê tông như: độ cứng, khả năng dính bám với cốt thép, độ bền. Cường độ chịu kéo còn liên quan đến ứng xử của bê tông dưới tác dụng của lực cắt. B ê tông có chất lượng cao thì cưòTig độ chịu kéo cũng cao hơn. Tất cả các thử nghiệm mẫu đều xác nhận m ức độ tãng cường độ kéo từ 30 -H 60% tuỳ theo thành phần của bé tô n g chất lượng cao. Việc cải thiện chất lượng của vùng chuyển tiếp giữa hồ xi m ăng và cỏ't liệu có thể đóng vai trò quan trọng trong việc gia tăng này. T u y nhiên cường độ chịu kéo của bê tông chất lượng cao tăng m ột phần rất nhỏ so với việc tăng cường độ chịu nén. C ường độ chịu kéo của bê tông được xác định bằng thí nghiệm kéo dọc trục hoặc thí nghiệm gián tiếp như kéo uốn, kéo bửa. 6.3.1. C ư ờ ng độ ch ịu kéo dọc trụ c Cường độ chịu kéo dọc trục của bê tông rất khó xác định, do đó các số liệu rất hạn chế và thường rất khác nhau. Nhưng người ta cho rằng cường độ chịu kéo dọc trục của bê tông bằng khoảng 10% cường độ chịu nén. Q uan hệ giữa cường độ chịu kéo và cường độ chịu nén có thể biểu diễn theo dạng sau; í; = k .( g - trong đó hệ số k và n được xác định bằng thực nghiệm n = 1/2 3/4 Các nghiên cứu của ACI (A m erican Concrete Inctitute) đề nghị công thức: F, = 0 ,3 .(fe f’ O luokyn đã cải tiến công thức trên bằng công thức sau: Các nghiên cứu của trường đại học Delft trên mẫu đường kính 120mm (4.7 inch), chiều dài 300m m (1 1 .8 inch), có cùng cường độ với điều kiện bảo dưỡng khác nhau. K ết quả cho thấy cường độ chịu kéo của mẫu được bảo dưỡng ẩm cho kết quả cao hơn khoảng 18% so với m ẫu bảo dưỡng khô. Các nghiên cứu khác tại Trường Đ ại học Northxvestem với các loại bê tòng khác nhau có cường độ đến 48 M Pa cho thấy cưòíig độ chịu kéo dọc trục có thể biểu diễn theo cường độ chịu nén như sau; ĩ^ = 6 , 5 ^ (psi) hay: f, = 0 , 5 4 ^ (M Pa) Theo tiêu chuẩn A nh (BS 8007: 1987) thì: 133
6.3.2. Cường độ chịu kéo gián tiếp Cường độ chịu kéo gián tiếp được xác định thông qua thí nghiệm kéo bửa (splitting tension - ASTM C496) hoặc th í nghiệm kéo uốn (ASTM C78). • Cường độ kéo khi th í nghiêm ép c h ẻ ự^.,) Theo ACI 363, cường độ kéo bửa của bê tông nặng có quan hệ với cường độ chịu nén theo công thức: fci = (psi) với bê tỏng có cường độ 3000 - 12000 psi hay; = 0,59 (M Pa) với bê tông có cưòfng độ 21 - 83 M Pa Theo Shah và A hm ad thì công thức là: = 4,34( )"•'''' (psi) với bê tông có cưcmg độ < 1200 (psi) hay: = 0,462( (M Pa) với bê tông có cường độ < 83M Pa. Cường độ chịu kéo của bê tông dùng m uội silic cũng có quan hệ với cường độ chịu nén như đối với các loại bê tông khác. • Cường độ kéo uốn (niô đun gãy) Cường độ chịu kéo uốn hay còn gọi là mô đun phá hoại (moduỉus o f rupture) được xác định bằng thí nghiệm uốn mẫu dầm tiêu chuẩn. Các kết quả ứií nghiệm cho thấy cường độ kéo uốn bằng khoảng 15% cường độ chịu nén của bê tông. Q uan hệ giữa cường độ kéo uốn với cưcmg độ chịu nén của bê tông có thể được biểu diễn theo công thức: f, = k . y j f ^ (psi) trong đó: hệ số k nằm trong khoảng 7,5 -í- 12 (ACI code) (hệ số: k = 0,623 -í- 0,996 trong trường hợp dùng đcm vị M Pa). ACI 363 kiến nghị đối với bê tông có cường độ chịu nén < 83M Pa thì hệ số k = 11,7: f ,= l l , 7 T Ẹ (psi) [ACI 363] hay: f,= 0 , 9 4 ^ (M Pa) Shah và A hm ad kiến nghị công thức: f ,= 2 ,3 0 (f,f^ (psi) hay: = 0 , 4 3 8 ( f , r (M Pa) Đ ối với bê tông dùng m uội silic, quan hệ giữa cường độ chịu kéo và cường độ chịu nén cũng tương tự như các loại bê tông chất lượng cao khác. 134
C hương 7 B IẾ N D Ạ N G Đ À N H ổ l , co N G Ó T VÀ T Ừ B I Ế N CỦA BÊ TÔNG 7.1. M Ở Đ ẦU Cường độ của bê tông là chỉ tiêu hết sức quan trọng trong khi thiết k ế kết cấu bê tông. Tuy nhiên ứng suất luôn có quan hệ với biến dạng. Biến dạng cũng có thể tăng do những nguyên nhân khác. M ối quan hệ ứng suất và biến dạng trong quá trình sử dụng được quan tâm đặc biệt kh i thiết k ế kết cấu. G iống như cấu k iện vật liệu khác, bê tông là một loại vật liệu có biến dạng đàn hồi và biến dạng sau. T rong giai đoạn hoàn toàn đàn hổi khi biến dạng xuất hiện và m ất đi ngay sau khi gia tải và bỏ tải. Biến dạng bê tông không đơn thuần cho m ối quan hệ ứng suất biến dạng tuyến tính, ứng xử đàn hồi còn có mối liên hệ ứng suất biến dạng là phi tuyến. (Biến dạng dẻo hoặc biến dạng sau) K hi bê tông chịu tác dụng lực không đổi gây biến dạng tăng theo thời gian, bê tông xuất hiện từ biến. T hêm vào đó, bất kỹ khi có tải trọng hay không, bê tông co tạo ra co ngót. Co ngót là m ột hiện tượng vật lý. Từ hiến tương tự như biến dạng đàn hồi phụ thuộc vào trình độ ứng suất. Trong suốt vòng đời của kết cấu xây dựng phải quan tâm đến nhiều loại biến dạng. Đ ể xác định chúng cần tiến hành các thí nghiệm và tính toán cụ thể. Chương này trình bày các cơ chế biến (lạng, cách xác định và biện pháp công nghệ để điều chỉnh biến dạng bê tông. 7.2. M Ố I Q U A N H Ệ Ú N G S U Ấ T B IẾN dạng Q uan hệ giữa ứng suất và biến dạng của bê tóng bao gồm m ột đoạn thẳng và m ột đường cong. Trong khi nén thỉnh thoảng có m ột độ vồng nhỏ của đường cong quan hệ kể từ khi gia tải, do sự khép lại vết nứt co ngót nhỏ đã xuất hiện trước đó. Biểu đồ mô tả quan hệ ứng suất biến dạng của các mẫu bê tông trong quá trinh tăng tải và giảm tải khi nén hoặc kéo cho đến ứng suất trước khi phá hoại được mô tải trong hình 7.1. B iến dạng M ô đun đàn hồi Y oung, nói m ột cách chính xác được ứng dụng trong đoạn thẳng của đường cong Hình 7.1. Biểu đồ mô tả quan hệ quan hệ, thể hiện như tiếp tuyến của đường cong tại 135
gốc. Đ ây gọi là m ô đun đàn hồi ban đầu nhưng ý nghĩa thực tiễn của nó không cao. Nó có thể xác định bất kỳ điểm nào trên đường cong quan hệ. M ô đun này chỉ ứng dụng trong m ột đoạn thay đổi rất nhỏ của tải trọng ở mức tải trọng đang xét. Mức ảnh hưởng biến dạng quan sát được và đưòfng cong quan hệ ứng suất - biến dạng phụ thuộc m ột phần vào tốc độ tăng ứng suất. Khi mà tải trọng tăng nhanh có thể nói < 0 ,0 1 s thì biến dạng thu được giảm đi đáng kể và độ cong của đường cong ứng suất biến dạng trở nên rất nhỏ. K hi tãng thời gian tác dụng tải trọng từ 8 s - 2phút thì có thể làm tăng biến dạng đến 15%. Nhưng nếu như tãng chậm tải trọng từ 2h-10 phút thậm chí 20 phút, thời gian thí nghiệm thông thưòíng của các m áy thử thông dụng, thì mức độ tăng biến dạng rất nhỏ. Mức độ tăng của biến dạng khi chịu tác dụng tải trọng hoặc m ột phần tải trọng phụ thuộc từ biến của bê tông. Sự phụ thuộc của biến dạng tức thời vào tốc độ tăng tải làm cho khó có thể phân chia giữa biến dạng đàn hồi và biến dạng từ biến. Để phù hợp với ý nghĩa thực tiễn, m ột sự phân biệt m ang tính quy ước đã được đề nghị: Biến dạng trong quá trình tác dụng của tải trọng được gọi là biến dạng đàn hồi và biến dạng xuất hiện sau được gọi là từ biến. M ô đun đàn hồi ở đây thoả m ãn yêu cầu trên là m ô đun đàn hồi cát tuyến, hay còn được biết đến như mô đun dây cung. M ô đun cát tuyến gọi là mô đun đàn hồi tĩnh bởi vì nó được xác định từ m ối quan hệ ứng suất biến dạng thực nghiệm trên thí nghiệm mẫu hình trụ khác với m ô đun đàn hồi động được xác định theo các thí nghiệm động học. Do m ô đun cát tuyến giảm cùng với sự tăng ứng suất, vì vậy cần phải quy định trị sô' ứng suất m à tại đó xác định m ô đun đàn hồi. Đ ể so sánh giá trị lớn nhất ứng suất (để xác định E) được lựa chọn 1 tỷ lệ nhất định của ứng suất cực hạn. Trị số này là 33% ứng suất và 40% trong ASTM C469-94. Đ ể khử từ biến cũng như ổn định của m áy đo, tối thiểu là 2 chu kỳ gia tải trước cho đến giá trị lớn nhất (hình 1 2 .). 136
G iá trị nhỏ nhất xác định theo BS1881 phần 121:193 là 0.5 M Pa. ASTM C469-94 quy đ ịn h giá trị nhỏ của biến dạng Đ ường cong ứng suất biến dạng ở lần đặt tải thứ ba hay thứ tư cho độ cong bé nhất. Q u á trình trộn m ẫu thí nghiệm cũng có ảnh hưởng đến biếu đồ ứng suất biến dạng. Nếu q u an sát hai thành phần của bê tông, gồm chất kết dính rắn trong nước và cốt liệu, khi cho riêng rẽ từng loại chịu tải, cho ta quan hệ ứng suất biến dạng tuyến tính. Mặc dầu có thé đối với chất kết dính có thể có một phần nhó phi tuyến trong mối quan hệ này. LÝ do m à đường cong quan hệ của vật liệu hỗn hợp bê tỏng cốt thép nằm trong ranh giới giữa chất kết dính xi m ăng và cốt liệu. Sự phát triển các \'ết vi nứt xảy ra tại bề mặt phân cách quá trình phát triển vết nứt nhỏ được theo dõi bằng các tia X-Quang. Sự phát triển các vết vi nứt có nghĩa là: Nâng lượng biến dạng tích tải được chuyển thàn h nâng lượng bề inặt của vết nứt mới. Bởi vì vết nứt phát triển khi chịu tác dụng của tải trọng tại các m ặt phân cách tạo ra nhiéu mấp mò. ở đó có sự phát triển ứng suất cục bộ và độ lớn của biến dạng bị giảm trong vùng ch ố n g lại ảnh hưởng tải trọng tác dụng v ì th ế ứng suất cục bộ lớn hơn ứng suất danh ng h ĩa trên toàn bộ mặt cắt mẫu thử. Sự thay đổi đây có nghĩa là biến dạng tăiig tốc dộ nhanh hon so với ứng suất quy ước, vì vậy mà đường cong quan hệ ứng suất biến dạng tiếp tục cong lèn xuất hiện trạng thái g iả dẻo. Khi ứng suất tiếp tục tăng lên đạt 70% của cường độ cực hạn, vết nứt của vữa (do sự phát triển vết nứt m ặt tiếp xúc) phát triổn và đường cong ứng suất biến dạng bị uốn cong n h an h hơn. Sự phát triến của hệ thống vết nứt liên tụ c làm giảm ir ị số của tải trọng tác dụng và h iến nhiên nó sẽ đạt giá trị cực hạn. Tại đó là dỉnh của đưcíng cong ứng suất biến dạng. Nếu thiết bị thí nghiệm cho phép làm giảm giá trị của tải trọng tác dụng thì biến dạng cũ n g tiếp tục tăng cùng với sự giảm của ứng suất danh nghĩa. Đ oạn sau khi đạt tới cường đ ô cực hạn đường cong quan hệ chỉ ra biến dạng dẻo của bê tông. Tuy nhiên phần giảm xu ố n g quan sát được của bê tông không phải là một thuộc tính của vật liệu mà là ảnh hưởng điều kiện thí nghiệm . Các yếu tò' ảnh hưởng chính là thay đổi khả năng của m áy th í nghiệnn trong m ối quan hệ cùng độ cứng của mẫu thử và tỷ lệ của ứng suất. Có thể phải chú ý rằng, nếu đường coiig quan hệ cúa ứng suất biến dạng kết thúc đột ng ộ t tại đỉnh thì vật liệu bẽ tông có thê coi là vật liệu giòn. Đ ộ dốc ít hơn ớ phía bên giảm của đường cong ứng xuất biến dạng mềm hơn với ứng xử của nó. Nếu độ dốc vượt q u a đỉnh 0 thì vật liệu hoàn toàn dẻo (hình 13.). Trong việc thiết kế kết cấu bê tông cốt thép toàn bộ đường cong ứng suất biến dạng, th ường là lý tưởng hoá, phải được để cập tới. Vói lý do này ứng xử của bê tông đặc biệt 137
là bê tông có cường độ rất cao. V ì vậy bê tông này phát triển vết nứt nhỏ hơn bê tông thường trong suốt quá trình đặt tải, do kết quả của phần tăng của đường cong ứng suất biến dạng là dốc hơn và thẳng hom tới ứng suất tới hạn. Phần giảm của đường cong đối bê tông chất lượng cao cũng rất dốc vì th ế m à bê tông chất lượng cao giòn hơn so với bê tòng thường. Do vậy sự phá huỷ cục bộ trong bê tông chất lượng cao trong thí nghiệm nén đúng tâm dễ xảy ra. Hình 7.3. Quan hệ giữa ứng suất và hiến dạng của bê tông 7.3. M Ô ĐU N ĐÀ N H ổ l Khi lính toán những biến chuyển đàn hồi tuyến tính của kết cấu bê tông đều phải chọn m ột giá trị của mô đun đàn hồi. N hư vậy, m ô đun đàn hồi chính là m ột đặc tính quan trọng, nó chỉ dẫn trực tiếp về độ cứng của kết cấu bê tông. M ô đun đàn hồi càng lớn thì độ cứng kết cấu càng lớn và kết cấu càng ít bị biến dạng. M ô đun đàn hồi của bê tông chất lượng cao lớn hơn so với bê tông thường, tuy nhiên, m ô đun đàn hồi chịu kéo tăng yếu hơn. T hật vậy, người ta có thể trông đợi vào những m ô đun cao hoín 20 H- 40% đối với bê tông chất lượng cao tuỳ theo thành phần của nó và bản chất của loại cốt liệu. M ô đun đàn hồi của bê tông chịu ảnh hưởng lớn của các vật liệu thành phần và tỷ lệ phối hợp các vật liệu. V iệc tãng cường độ chịu nén kèm theo m ô đun đàn hồi cũng tăng, độ dốc của biểu đồ ơ ~ s tăng lên. Đối với bê tông có khối lượng thể tích từ 1440 đến 2320 k g /m \ và cường độ < 42M Pa (óOOOpsi) thì quan hệ giữa m ô đun đàn hồi và cường độ có thể biểu diễn theo công thức (ACI 318): (psi) với: w - khối lượng thể tích của bê tổng (pcf) hay E , = 0,0428 X w '’^ X ^ (MPa) với: w - khối lượng thể tích của bê tông (kg/m ’) 138
Đối với bê tông có cường độ > 42M Pa, tốc độ tãng mô đun đàn hồi chậm hơn. ACI 363 kiến nghị công thức quan hệ E(, ~ f(! cho bê tông chất lượng cao có: 1.5 w E, =(l06 + 40007f^) (psi) 145 1,5 y /N / 12320 J (M Pa) Theo Shah và A hm ad thì công thức biểu diễn là; Ec=W’'(Vq)o,65 (psi) E,=0,189.w-'(yq)0,65 (M Pa) Cook kiến nghị công thức; E^=W''^(7ĨĨ) o,315 (psi) E , = 0 ,0 1 2 5 . W - '( 7 íJ )0 ,3 1 (M Pa) Mô đun đàn hồi của bê tỏng chịu ảnh hưởng lứn của tíiih chất của cốt liệu thô. Cốt liệu thô có mô đun đàn hồi lớn thì cho bè tòng c ó mò đun đàn hồi lớn. Hình dạng và bề mặt của hạt cốt liệu lớn cũng có ảnh hưởng đến inô đun đàn hồi của bê tông. Khi tốc độ biến dạng tăng thì kết quả mô đun đàn hồi cũng tăng. Trên cơ sở các kết quả thực nghiệm đối với bê tông có cường độ (iến 48 MPa, Shah và A hm ad kiến nghị công thức xác định m ô đun đàn hồi dưới khi tốc độ biến dạng nhanh như sau: (E ,)e ’ = E J0 ,9 6 + 0,38(log8/loges)] với e ’ là tốc độ biến dạng (|j.s/s). Bê tông chất lượng cao được quan tâm cùng với mối quan hệ biến dạng ở các mức ứng suất khác nhau. Nếu như ứng suất được đề cập đến, ví dụ ứng suất coi như m ột tỷ lệ của cường độ tới hạn dựa vào tỷ số ứng suất/cường độ. Sau đó có các khảo sát tiếp theo. Khi cùng m ột tỷ số ứng suất/cường độ, bê tông cứng hcfn thì biến dạng càng lơn hơn. ở giá trị ứng suất tối đa, tương ứng với cường độ tới hạn, bê tông cường độ lOOMPa, biến dạng dao động khoảng 3.10'^ đến 4.10 ' , bê tông cường độ 20M Pa, biến dạng khoảng 2.10 \ Tuy nhiên cùng ứng suất, bất chấp cường độ, bê tông cứng hơn cho biến dạng thấp hơn điều đó cho thấy rằng bê tông chất lượng cao có mỏ đun đàn hồi cao hcfn. Đường cong ứng suất biến dạng khi kéo tưcíng tự khi nén, nhưng m áy thử đặc biệt cần thiết. Trong trường hợp kéo trực tiếp, các \ết nứi phụ thuộc không những vào sự giảm của vùng ứng suất chống lại m à cả sự tăng việc phân bố các vết nứl. 139
Lý do này là nguyên nhân tại sao sự lệch hướng tuyến tính của m ối quan hệ ứng suất biến dạng trong khi kéo tỷ số ứng suất/cường độ ít hơn m ột chút trong khi nén. 7.4. QUAN HỆ GIỮA BIÊN DẠNG VÀ ÚNG SUÂT KHI KÍCH L ự c 2 HƯỚNG K epfer trình bày các kết quả thí nghiệm về nén và kéo trên m ẫu thử hình lập phương khi bị kích lực 2 chiều. Trong đó ta thấy rằng trị số cường độ nén lớn nhất khi được kích lực 2 chiều biến đổi theo quy luật giống như kích lực m ột chiều phụ thuộc vào tỷ lệ của Ơị/Ơ 2. Chất lượng cao nhất đạt được khi tỷ lệ này là 1/0,52, tăng khoảng 20% so với kích lực m ột chiều. T rị số biến dạng tối đa k h o ản g 0,003 (tương tự như trị số khi kích lực m ột chiều) (hình 7.4.). Q uan hệ giữa Ơ2/f^ với biến dạng kéo nén được trình bày trên (hình 7.5) cũng chứng tỏ quy luật biến đổi của ứng suất và biến dạng của bê tông khi kích lực 2 chiều cũng giống khi kích lực m ột chiều. Hinh 7.4. Quan hệ kéo nén trong hê tông được lập hài Kepfer - 1973 Biến dạng (in)/in, X 10 Hỉnh 7.5. Quan hệ giữa Ơ2lf^. với hiến dạng kéo nén 140
7.5. T ư B IẾ N C Ủ A B Ê T Ô N G 7.5.1. K h á i n iệm về từ b iến M ối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là một hàm theo thời gian; dưới tác dụng của tải trọng và d o từ biến, biến dạng tăng dần theo thời gian. Từ biến dùng để xác định sự tăng của biến dạng dưới tác dụng của ứng suất dài lâu. Biến dạng có thể tãng gấp vài lần so với biến dạng ban đầu, từ biến là rất quan trọng trong kết cấu. Từ biến có thể được xem xét dưới góc độ khác: Nếu biến dạng phục hồi là biến dạng tức thòi của m ẫu thử bê tông chịu ứng suất; từ biến sẽ làin giảm ứng suất theo thời gian, nó được gọi là chùng ứng suất. Dưới điều kiện tải trọng bình thường, biến dạng tức thời phụ thuộc vào tốc độ gia tải và không chí phụ thuộc vào biến dạng đàn hồi mà còn phụ thuộc vào từ biến. Rất khó khăn để phân biệt giữa biến dạng đàn hồi và từ biến sớin, nhưng điều này không quan trọng trong thực tế bằng biến dạng tổng cộng gây ra bởi tải trọng. Bởi vì mô đun đàn hồi của bê tông tãng theo tuổi, biến dạng đàn hồi giảm dần \’à lừ biến có thể coi là biến dạng dư của biến dạng đàn hồi tại thời điểm từ biến. Thôna Ihường, mô đun đàn hồi không được xác định tại các tuổi khác nhau, và từ biến được coi đon giàn là sự tãng biên dạng vượt quá biến dạng đàn hồi ban đầu. Định nghĩa này kliông chính Xiic theo lý thuyết lắin, nhưng không mang lại những sai sót lớn và được sử dụng rất thuận lợi liong phân tích. Hơn nữa, chúng ta coi từ biến của bé tỏng (iưiíi những điều kiện như vậy không có co ngót và nở. Nếu m ẫu thí nghiệm m ất nước trong khi chịu lực, thì từ biến và co ngót được cộng vào; từ biến do đó được tính toán là độ chênh giữa biến dạng theo thời gian của mẫu thử chịu lực và co ngót của mẫu thứ tương tự không chịu lực giữ trong cùng điều kiện và cùng thời gian. Đ iều này là một sự clơn giản hoá nhưng co ngót và từ biến không phải là hai hiện tượng độc lập với nhau mà có thể sử dụng phương pháp cộng tác dụng được và thực tế từ biến làm tăng cường độ của co ngót. Trong trường hợp có nhiều kết cấu thực, co ngót và từ biến xảy ra đổng thời và quan điểm thực tế là xem xét cả hai cùng một lúc là rất thuận lợi. Vì lý do này và cũng vì m ột số lượng lớn số liệu vể từ biến thu được do tác dụng đồng ihời của từ biến và co ngót, sẽ nghiên cứu trong chương này ở hầu hết các phần đều coi từ biến là biến dạng vượt quá phần co ngót. Tuv nhiên lúc mà nhiều nguyên tắc cơ bản được thoá m ãn, sẽ có sự phân biệt giữa từ biến của bê tông trong điều kiện không thay đổi độ ẩm trong m ôi trường xung quanh (từ biến cơ bản) và từ biến thêm do m ất nước (từ biến khô). Nếu tải trọng lâu dài được loại bỏ. biến dạng sẽ giảm lập tức m ột phần bằng với biến dạng đàn hồi tại tuổi đó, nói chung là tháp hem so với biến dạng đàn hồi. Tiếp theo phục 141
hồi tức thời này là sự giảm dần dần biến dạng, gọi là phục hồi từ biến. H ình dạng của đường cong phục hồi từ biến gần giống như đường cong từ biến, nhưng sự phục hồi đạt giá trị lớn nhất rất nhanh. Sự phục hồi của từ biến xảy ra không hoàn toàn, và từ biến không phải là hiện tượng đơn giản có thể phục hồi, do đó tải trọng dài hạn sẽ tạo ra biến dạng dư. Sự phục hồi từ biến là rất quan trọng trong việc đoán trước biến dạng của bê tông dưới tác dụng của ứng suất thay đổi theo thời gian (hình 7.6.). 1200 Biến d ạ r g ban đái ■ 1000 T / T ừ biến phục hồi 800 cn 600 TO- Ì 400 Biến dạng dư 200 c ‘CSD'5c '5 cn 20 60 100 140 180 200 Thời gian đặt tải - (ngày) Hinh 7.6. Biến dạng của hê rông theo thời gian với ứng suất 15 MPa 7.5.2, C ác n h â n tô v ậ t liệu ả n h hư ở ng đ ến từ biến Trong hầu hết các nghiên cứu, từ biến đã được nghiên cứu theo phương pháp kinh nghiệm để xác định các tác động đến từ biến do các tính chất khác nhau của bê tông. Sự khó khăn trong việc xử lý các số liệu thu được từ thành phần khác nhau của bê tông, không thể thay đổi một nhân tố m à không thay đổi ít nhất m ột nhân tố khác. V í dụ tại m ột độ công tác cho trước hàm lượng từng thành phần và tỉ số nước/xi m ăng thay đổi cùng m ột lúc. N hiều nhân lố ảnh hưởng đến từ biến rất dễ nhận thấy. M ột số yếu tố ảnh hưởng này là do các tính chất bên trong của hỗn hợp, m ột số yếu tố khác là do điều kiện bên ngoài. Đầu tiên, cần phải thấy rằng trong vữa xi m ăng thuỷ hoá đã có từ biến, vai trò của cốt liệu trong bê tông rất quan trọng đối với biến dạng; cốt liệu bình thường không liên quan đến từ biến do ứng suất của bê tông. T m h trạng này cũng tương tự như co ngót. Từ biến do vậy là m ột hàm số của thể tích vữa xi m ãng trong bê tông, nhưng chúng có quan hệ không tuyến tính. Nếu từ biến của bê tông ký hiệu là c, thể tích cốt liệu là g, thể tích vữa xi m ăng đã thuỷ hóa là u thì chúng có m ối liên hệ: lo g — = a l o g c 1- g - u t r o n g đ ó : Cp l à t ừ b i ế n c ủ a v ữ a x i m ă n g d ù n g đ ể c h ế t ạ o b ê t ô n g . 142